{{{sourceTextContent.title}}}

Turbinas de viento superconductoras

{{{sourceTextContent.subTitle}}}

Como todas las máquinas, las turbinas de viento grandes implican varias compensaciones de la ingeniería.

{{{sourceTextContent.description}}}

Quizás el más significativo es el compromiso entre las velocidades rotatorias rápidas requeridas por el generador y las velocidades rotatorias lentas necesarias para prevenir daño del rotor y de la lámina. ¿Él? s posible que las bobinas de campo superconductoras hagan esa compensación una cosa del pasado. Si ése no es bastante de una tentación, los superconductores podrían cortar el coste de una turbina grande por una orden de la magnitud.

Velocidad rotatoria contra fuerza de campo magnético

Utilidad-escale las turbinas de viento hacen girar lentamente porque las láminas grandes serían dañadas por altas velocidades rotatorias. Un generador de la inducción de la CA - la clase encontró típicamente en turbinas de viento grandes - aplicaciones una bobina de campo adentro de generar un campo magnético relativamente débil de rotación. La energía generada es proporcional a la fuerza del campo magnético y a la velocidad de la rotación. Para producir energía significativa con un campo magnético débil, el eje debe girar muy rápidamente. Para resolver esto, los diseñadores agregan típicamente una caja de engranajes para convertir la velocidad lenta del rotor en una velocidad rápida del generador. ¿Pero las cajas de engranajes son pesadas - el hasta 38% de una turbina? peso de s - y costoso. Las cajas de engranajes requieren mantenimiento regular y son fuente común de falta de la turbina.

Para generar más energía con velocidades rotatorias más lentas - así eliminando la necesidad de una caja de engranajes - un campo se requiere. Turbinas más pequeñas - e incluso algún utilidad-escale las turbinas - logran esto aumentando el tamaño del generador sí mismo y usando los imanes permanentes de tierras extrañas en vez de bobinas de campo. ¿Esto reduce la turbina costada y elimina la complejidad y la falta de fiabilidad eso? ¿s inherente a las cajas de engranajes, pero doesn? ¿disminución de t el peso desde usted? re engranajes comerciales para el tamaño del generador. También confía en los imanes de tierras extrañas cuya disponibilidad de largo plazo es cuestionable.

Campo a través de los superconductores

El mejor de ambos mundos es crear un campo usando un pequeño electroimán. Puesto que la fuerza del campo magnético alrededor de una bobina es proporcional a la corriente que atraviesa la bobina, mejores conductores producen campos magnéticos más fuertes. Las bobinas de campo convencionales hechas del alambre de cobre pierden el casi 10% de su energía para atar con alambre resistencia. No sólo hace esta energía inútil, él también crea el calor, que resistencia de aumentos posteriores. Los superconductores no tienen virtualmente ninguna resistencia, eliminando el apagón y ayudando a las bobinas para permanecer frescas.

¿Un equipo de ingenieros en la universidad de Wollongong (Australia), llevada por el Dr. Md Shahriar Hossain, piensa que los superconductores baratos pueden proporcionar la llave a turbinas más ligeras, más baratas que pongan? t requiere los imanes de tierras extrañas.

Otros diseños de la turbina han utilizado los superconductores a baja temperatura, pero ésos requieren el helio líquido enfriar el material a las temperaturas superconductoras. ¿El Dr. Hossain? el diseño propuesto de s utiliza los superconductores hechos del diboride del magnesio (MgB2), un material que alcance superconductividad en las temperaturas debajo de 39K (- 389F, -234C). ¿Sí, eso? ¿todavía s absolutamente frío, pero ellos? re capaz de alcanzar las temperaturas superconductoras usando un cryocooler barato. Pregunté a Dr. Hossain acerca del aparato de enfriamiento y él elaboró:

¿? El enfriamiento de los superconductores en un dispositivo es, ninguna duda, la partición más desafiadora. Ahora los días, el cryocooler disponible está disponible en el mercado. Los cryocoolers de dos fases serán utilizados para refrescar los componentes de rotación. El cryocooler será funcionado en la primera fase en 55 K y la segunda etapa en 20 K. En 20 K tenemos la densidad crítica muy alta comparada a los superconductores NOTA-basados establecidos. Estos cryocoolers funcionarán con el helio del gas de la temperatura ambiente suministrado de los compresores situados en el lado inmóvil. El helio del gas entra el rotor y vuelve a través del acoplador rotatorio en un lazo cerrado. El coste de estos arreglo criogénico todavía será más barato que usando el superconductor de alta temperatura ($25/meter comparado a $1/meter MgB2). ¿El superconductor basado niobio de la baja temperatura puede ser buena opción pero solamente la desventaja es, él puede? t funciona sin el helio líquido que va a ser inasequible muy pronto y está llegando a ser costoso (ahora $25/liter). Muchas compañías tienen gusto de la casa de China Techo-westing, Convertim, GE, Siemens están explorando el generador 10MW usando los superconductores de la temperatura del cielo y tierra pero éstas serán opciones muy costosas del diseño. Creemos que la densidad corriente crítica simple, ligera, barata y alta en 20 características de K hace este superconductor muy atractivo para la industria. Hemos hecho nuestro trabajo sobre la fabricación de la prueba de materiales y de la bobina de cable para el rotor y el estator. ¿Comenzaremos el trabajo de ingeniería muy pronto con compañía estadounidense.?

¿El Dr. Hossain y sus colegas ha desarrollado una bobina de campo superconductora en reducida escala, pero los? re todavía trabajo para optimizar el material. ¿Esperan que eso continúe con 2015, cuando planean tener un diseño eso? s listo para aumentar proporcionalmente.

La misma energía para un décimo del coste

El laboratorio nacional de la energía renovable (NREL) estima que una turbina de viento engranada convencional cuesta sobre $1.5M por megavatios. Hossain cree que una turbina superconductora se puede producir para alrededor $150k por el MW, cerca de un décimo del coste de una turbina convencional.

Dependiendo de donde usted vive, la electricidad de la energía eólica puede ya estar en o debajo del coste de electricidad de los combustibles fósiles; la reducción del coste de una turbina por un factor de diez tendrá un impacto dramático en el coste total de energía eólica. ¡Bob Dylan tenía quizá razón!